12 Â

WIAT

N

AUKI

Grudzieƒ 1997

Nowa dziedzina medycyny

In˝ynieria tkankowa zajmuje nale˝ne jej miejsce

K

iedy Betty Shabazz, wdowa po Malcolmie X, uleg∏a
poparzeniu trzeciego stopnia podczas po˝aru spowo-
dowanego przez wnuka, lekarze zastosowali sztucz-

nie wytworzonà skór´ w miejscach rozleg∏ych ran. Chora
zmar∏a wprawdzie po pewnym czasie na skutek odniesionych
obra˝eƒ, ale przypadek ten spot´gowa∏ nadzieje, jakie wià˝e
si´ z in˝ynierià tkankowà. Lekarze docenili substytuty skóry
w leczeniu oparzeƒ bez dokonywania du˝ych przeszczepów
z innych miejsc cia∏a pacjenta lub ze zw∏ok. Ta nowa dziedzi-
na nauki byç mo˝e ju˝ wkrótce pozwoli na uzyskiwanie pre-
paratów zast´pczych nie tylko skóry, lecz tak˝e chrzàstek,
a wkrótce równie˝ serca, wàtroby i innych z∏o˝onych narzà-
dów zamiast dotychczas stosowanych przeszczepów.

W ubieg∏ym roku Food and Drug Administration (FDA)

zatwierdzi∏a dwa rodzaje substytutów skóry w leczeniu opa-
rzeƒ trzeciego stopnia, a obecnie ma dopuÊciç sztucznà chrzàst-
k´ do stosowania w przypadkach uszkodzeƒ stawów kola-
nowych. Przepisy kanadyjskie zezwalajà na stosowanie za-
st´pczych preparatów skóry w leczeniu owrzodzeƒ. W Sta-
nach Zjednoczonych prowadzi si´ badania kliniczne kolej-
nych sztucznych produktów, tj. chrzàstki, innych preparatów
skóry, a tak˝e komórek zatopionych w polimerowych kap-
su∏kach, które dostarczajà czynnika wzrostu nerwów do rdze-
nia kr´gowego chorych na zwyrodnienie zanikowe boczne
(chorob´ Lou Gehriga). „PrzeszliÊmy od wa˝nych odkryç la-
boratoryjnych w latach osiemdziesiàtych do licznych produk-
tów o zastosowaniu klinicznym” – mówi Robert Langer, pro-
fesor in˝ynierii chemicznej i biomedycznej w Massachusetts
Institute of Technology, g∏ówny specjalista w tej dziedzinie.

Integra, sztuczna skóra ulegajàca biodegradacji zastosowa-

na u Shabazz, to porowata struktura z∏o˝ona z kolagenu
(w∏óknistej tkanki ∏àcznej cielaka) i substancji pochodzàcych
z chrzàstki rekina, materia∏ów uprzednio przebadanych pod
wzgl´dem ich zgodnoÊci z tkankami cz∏owieka. WielkoÊç po-
rów w sztucznej skórze pozwala na jej penetracj´ przez tkan-

k´ ∏àcznà i naczynia krwionoÊne pochodzàce z tkanki pod-
skórnej (znajdujàcej si´ pod skórà w∏aÊciwà chorego). Sub-
stytut skóry w∏aÊciwej pokrywa cienka syntetyczna warstwa
silikonu zast´pujàcego naskórek (warstw´ wierzchnià skó-
ry). Kiedy komórki skóry w∏aÊciwej zostanà zregenerowane,
a sztuczna skóra ulegnie biodegradacji, syntetyczny silikon
trzeba zastàpiç naskórkiem chorego. W tym celu pobiera si´
jedynie cienki przeszczep zamiast o wiele grubszego, który
mo˝e pozostawiç blizny.

Dwie inne firmy – Advanced Tissue Sciences (ATS) w La

Jolla (Kalifornia), która na wiosn´ otrzyma∏a pozwolenie FDA,
i Organogenesis w Canton (Massachusetts), posiadajàca li-
cencj´ kanadyjskà – prowadzà hodowle tkanek ludzkiej skó-
ry z komórek pobranych z napletka niemowlàt. Uzyskana
tkanka jest stosowana jako opatrunek czasowy u chorych
z oparzeniami (przez ATS) lub sta∏y przeszczep w leczeniu
owrzodzeƒ skóry (przez Organogenesis). Genzyme Tissue
Repair oczekuje lada dzieƒ pozwolenia FDA na uruchomie-
nie procesu Carticel, który polega na hodowli in vitro komó-

WIADOMOÂCI

I

OPINIE

14

NAUKA

I

LUDZIE

24

TECHNIKA

I

BIZNES

22

SYLWETKA Jane Goodall

15 W LICZBACH
16 W SKRÓCIE
19 ANTY(PO)WAGA

27 CYBERÂWIAT

POD LUPÑ

BETTY SHABAZZ, której przeszczepiono sztucznà skór´,

zmar∏a jednak wskutek odniesionych obra˝eƒ.

PATRICK J. CUNNINGHAM AP

PHOTO

Â

WIAT

N

AUKI

Grudzieƒ 1997 13

rek chrzàstki chorego w celu póêniejszego ich przeszczepie-
nia do zniszczonego stawu kolanowego.

W badaniach eksperymentalnych uniwersytety i firmy bio-

technologiczne rozpocz´∏y próby stworzenia metodami bio-
in˝ynierii narzàdów, tj. nerki, koÊci, wàtroby, serca i – w jed-
nym przypadku, za to najszerzej rozpropagowanym –
ludzkiego ucha (które przeszczepiono na grzbiet myszy).
W koƒcu lipca Dario Fauza, naukowiec z Harvard Universi-
ty, opisa∏ swà wspó∏prac´ z Anthonym Atalà, chirurgiem
z Harvard Medical School, w otrzymywaniu fragmentów na-
rzàdów z tkanek p∏odów jagniàt. Na konferencji British Asso-
ciation for Pediatric Surgeons (Brytyjskiego Towarzystwa
Chirurgów Dzieci´cych) Fauza wyjaÊni∏, w jaki sposób ko-
mórki jagniàt hodowano na szkielecie z polimeru, przypo-
minajàcym kszta∏tem fragment Êciany p´cherza moczowego.
Wszczepiono go jagni´tom, u których przy urodzeniu chi-
rurgicznie wywo∏ano zniekszta∏cenie tego narzàdu. Zwierz´-
ta te funkcjonowa∏y znacznie lepiej ni˝ jagni´ta kontrolne,
którym wykonano chirugiczny zabieg reperacyjny. Atala za-
mierza w najbli˝szych miesiàcach zastosowaç podobnà tech-
nik´ in˝ynierii tkankowej w leczeniu nieprawid∏owoÊci p´-
cherza moczowego u dzieci. Pewnego dnia metodà tà b´dzie
mo˝na odtwarzaç ca∏e narzàdy; Atala próbuje wytworzyç za-
st´pcze p´cherze moczowe dla doros∏ych psów rasy beagle
i zamierza∏ przedstawiç wyniki na konferencji American Aca-
demy of Pediatrics w paêdzierniku.

Obiecujàce rezultaty takich eksperymentów nie mogà prze-

s∏oniç niepowodzeƒ w rozwiàzywaniu ciàg∏ych problemów
technicznych. „Ludzie dokonali znacznego post´pu w prze-
szczepianiu komórek do syntetycznych matryc – mówi Jeffrey
Hubbell, profesor in˝ynierii biomedycznej w Eidgenössische
Technische Hochschule ETH w Zurychu. – Ale jeszcze daleka
droga do uzyskania struktur o nieskomplikowanej nawet geo-
metrii, takich jak skóra czy chrzàstka.” Konstruktorzy tkanek
muszà rozwiàzaç problem dostarczania krwi do narzàdów
sk∏adajàcych si´ z wielu warstw tkanek, na przyk∏ad koÊci czy
wàtroby; jest on trudniejszy ni˝ w przypadku unaczyniania
p∏atów skóry. Ponadto narzàdy takie jak serce (a nawet d∏oƒ czy
koƒczyna, które pozostajà w sferze marzeƒ in˝ynierów tkanek)
muszà byç wyposa˝one we w∏ókna nerwowe.

Interesujàce rozwiàzanie problemu zapewnienia odpo-

wiedniej sieci naczyƒ krwionoÊnych nowo formujàcym si´
tkankom pojawi∏o si´ w artykule in˝yniera biomedycznego
Antoniosa G. Mikosa i jego wspó∏pracowników z Rice Univer-
sity, opublikowanym w licowym numerze Journal of Biome-
dical Materials Research. Grupa badawcza Mikosa wyizolowa-
∏a ze szpiku szczura komórki tworzàce struktur´ kostnà,
przenios∏a je na porowatà piank´ z polimeru i hodowa∏a w in-
kubatorze. Tak przygotowane rusztowanie zawierajàce ko-
mórki przyszyto do krezki szczura, czyli b∏ony, na której za-

wieszone sà jelita. Tkanka kostna powsta∏a w obr´bie prze-
szczepionej pianki po∏àczy∏a si´ z naczyniami krwionoÊny-
mi dobrze unaczynionej krezki jelita. Technika ta mo˝e po-
s∏u˝yç jako nowatorski sposób hodowli tkanek do przeszcze-
pów kostnych u ludzi. Na przyk∏ad nowà tkank´ kostnà wy-
twarzanà w bogato unaczynionej b∏onie otaczajàcej ˝ebro
mo˝na przenieÊç w inne miejsce cia∏a chorego bez bolesne-
go pobierania fragmentu koÊci lub wszczepiania koÊci syn-
tetycznej, co cz´sto wià˝e si´ z powik∏aniami.

Tkanka nerwów obwodowych stanowi przedmiot szcze-

gólnego zainteresowania biotechnologów, poniewa˝ bardzo
trudno si´ regeneruje. U gryzoni naukowcy zastosowali rur-
ki z polimeru lub kolagenu przyszyte do dwóch koƒców prze-
ci´tego nerwu. Precyzyjna geometria rurek umo˝liwia∏a je-
go po∏àczenie na d∏ugoÊci kilku centymetrów. Kana∏y po-
zwalajàce na regeneracj´ nerwów mo˝na tak˝e pokryç ko-
mórkami przyspieszajàcymi wzrost w∏ókien. Integra Life-
Sciences, która produkuje sztucznà skór´, rozpocz´∏a ju˝ na-
wet próby kliniczne z kolagenowymi kana∏ami umo˝liwia-
jàcymi regeneracj´ nerwów u ludzi.

Wzrost nowej tkanki nerwowej mogà u∏atwiç kana∏y ner-

wowe przewodzàce bodêce elektryczne. W artykule w Pro-
ceedings of the National Academy of Sciences z 19 sierpnia br.
grupa naukowców z MIT i Harwardu: Robert Langer, Jo-
seph Vacanti, Christine E. Schmidt i Venkatram R. Shastri,
wykaza∏a, ˝e pole elektryczne wytworzone na skutek napi´-
cia przy∏o˝onego do przewodzàcego polimeru (polipyrolu)
pobudza wzrost w∏ókien nerwowych szczura. W normal-
nych warunkach na ró˝nych polimerach u˝ywanych do pro-
dukcji kana∏ów nerwowych regeneracja w∏ókien nerwowych
jest powolna. Polipyrol lub inne polimery przewodzàce bodê-
ce elektryczne mogà staç si´ kolejnymi kandydatami w po-
szukiwaniach nowych materia∏ów u˝ywanych w in˝ynierii
tkankowej. Szkielet zbudowany z w∏aÊciwego polimeru po-
s∏u˝y zarówno do regeneracji nerwów, jak i do wzrostu in-
nych tkanek, stanowiàc pierwszy etap w konstruowaniu no-
wych koƒczyn.

Perspektywy rozwoju in˝ynierii tkankowej uzale˝nione sà

od wysokoÊci nak∏adów finansowych przyznawanych przez
rzàd na badania. Wiosnà tego roku National Institutes of
Health zainicjowa∏y program grantów w tej dziedzinie. In-
˝ynieria tkankowa mo˝e staç si´ nawet przedmiotem dumy
narodowej. Od roku 1994 Pittsburgh Tissue Engineering Ini-
tiative koordynuje wspó∏prac´ badawczà pomi´dzy szpita-
lami i uniwersytetami. Jest nadzieja, i˝ odkrycia zwiàzane
z zastosowaniem najnowszej technologii wniosà istotne zmia-
ny w podstawowym przemys∏owym profilu tego miasta.
Mo˝na by to porównaç z wizjà odnowy starzejàcej si´ popu-
lacji, którà proponujà in˝ynierowie tkankowi.

Gary Stix

KONSTRUKTORZY TKANEK w Integra LifeSciences przygotowujà

sk∏adniki sztucznej skóry: oczyszczajà Êci´gno krowy (skrajnie z lewej),

nast´pnie mro˝à je (u góry z lewej), uzupe∏niajà innymi komponentami,

wa˝à (u góry z prawej) i liofilizujà w postaci cienkich p∏atów (skrajnie z prawej).

PETER MURPHY